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Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Strömungsmaschine.
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Es ist im Triebwerksbau allgemein bekannt, dass der Turbinenwirkungsgrad gesteigert werden kann, wenn ein Leckagestrom einer bspw. kompressorseitig abgezweigten Kühlluftströmung zwischen Leit- und Laufschaufeln in eine Heißgasströmung eingeleitet wird. Eine derartige Einleitung ist bspw. in dem Patent
US 7,244,104 B2 beschrieben. In dem Patent wird vorgeschlagen, an einer stromaufwärtigen bzw. vorderen Verlängerung eines Laufschaufelinnendeckbands zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel eine Vielzahl von Strömungsleitelementen in Form von Rippen oder Vertiefungen anzuordnen. Die Strömungsleitelemente sind heißgasseitig an der Verlängerung angeordnet und haben einen vorderen Bogenabschnitt und einen hinteren heißgasseitigen Axialabschnitt. Die Bogenabschnitte, die sich in eine axiale Richtung weg von einer Vorderkante der Verlängerung erstrecken und in die axialen Abschnitte übergehen, sind in Rotationsrichtung orientiert. Hierdurch sollen die Strömungsleitelemente den Leckagestrom aus einer fußseitigen Kavität der Leitschaufeln quasi in die Heißgasströmung einschaufeln und den Leckagestrom mit einer Umfangsgeschwindigkeit beaufschlagen, die etwa der Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes entspricht. Grundsätzlich problematisch dabei ist jedoch, wie dem Leckagestrom die Umfangsgeschwindigkeit aufgeprägt werden kann, ohne dass dabei ein Heizgaseinzug in die fußseitige Kavität erfolgt, was zu einer Überhitzung der Leit- und Laufschaufeln im Fußbereich führen könnte. Weiterer Stand der Technik ist in der
US20110243749A1 und in der
DE 10 2007 045 951 A1 gezeigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laufschaufel zu schaffen, die eine optimierte Einleitung eines Leckagestroms in einen Heißgasstrom ermöglicht und einen Heizgaseinzug wirkungsvoll verhindert, sowie eine Strömungsmaschine mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, hat ein Innendeckband mit einer vorderen Verlängerung zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel, an der zumindest ein Strömungsleitelement zum Umlenken eines Leckagestroms einer Kühlluftströmung in Umfangsrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Strömungsleitelement in axialer Richtung über eine Vorderkante der Verlängerung hinausgeführt.
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Erfindungsgemäß hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen heißgasseitige Abschnitt und einen kühlluftseitigen Abschnitt. Ein derartig U-förmiges Strömungsleitelement hat den Vorteil, dass der Leckagestrom kühlluftseitig, vorderkantenseitig und heißgasseitig von dem zumindest einem Strömungsleitelement beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß sind der heißgasseitige Abschnitt und der kühlluftseitige Abschnitt in Rotationsrichtung betrachtet entgegensetzt zueinander angestellt. Hierdurch wird der Leckagestrom kühlluftseitig und heißgasseitig mit einer gleichgerichteten Geschwindigkeitskomponente beaufschlagt. Insbesondere ist entgegen der Rotationsrichtung betrachtet der heißgasseitige Abschnitt vor dem kühlluftseitigen Abschnitt angeordnet.
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Durch das zumindest eine über die Vorderkante in axialer Richtung hinausgeführte Strömungsleitelement wird dem Leckagestrom frühzeitig eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung und somit in Rotationsrichtung der Laufschaufel aufgeprägt. Der Leckagestrom wird mit einem Drall in eine Heißgasströmung eingeleitet, wodurch die Einleitung des Leckagestroms verbessert wird. Ein Heißgaseinzug aus der Heißgasströmung in Richtung der Kühlluftströmung wird wirkungsvoll verhindert. Bevorzugterweise wird das zumindest eine Strömungsleitelement integral mit der Verlängerung ausgebildet. Das zumindest eine Strömungsleitelement kann geradlinig, bogenartig, wellenartig oder ähnlich gestaltet sein. Zu beachten ist, dass das Strömungsleitelement aufgrund von Wärmedehnungen nicht auf einen axial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt aufläuft, so dass eventuell ein axialer Abstand zwischen der Vorderkante und dem axial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt zu vergrößern ist.
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Bei einem nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsbeispiel schließt das zumindest eine Strömungsleitelement bündig mit einer Heißgasseite und mit einer Kühlluftseite der Verlängerung ab. Hierdurch ist das zumindest eine Strömungsleitelement quasi als ein axialer Finger ausgebildet. Bei einer Vielzahl von Strömungsleitelementen hat die Vorderkante eine kammartige Gestalt. Die fingerartige Ausbildung hat den Vorteil, dass die Verlängerung durch das zumindest eine Strömungsleitelement in radialer Richtung nicht aufgedickt wird, sondern eine ihrer ursprünglichen Dicke bzw. Höhe aufweisende radiale Erstreckung hat. Ein bestehender radialer Blendenspalt wird somit durch das zumindest eine Strömungsleitelement nicht verkleinert und muss somit auch nicht neu eingestellt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel steht das Strömungsleitelement über die Heißgasseite und über die Kühlluftseite in radialer Richtung hervor. Hierdurch hat das zumindest eine Strömungsleitelement eine paddelartige Gestalt. Dieses Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem vorgenannten fingerförmigen Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass eine Wirkfläche des Strömungsleitelements vergrößert ist. Allerdings können zur Realisierung dieses paddelartigen Strömungselements konstruktive Änderungen zur radialen Spalthaltung notwendig sein, um zu verhindern, dass das zumindest eine Strömungsleitelement aufgrund von Wärmeausdehnungen in radialer Richtung auf benachbarte radiale Leitschaufelabschnitte bzw. Bauteile aufläuft.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen heißgasseitigen Abschnitt, der auf der Heißgasseite geführt ist. Das Strömungsleitelement ist somit heißgasseitig in eine Richtung weg von der Vorderkante verlängert. Hierdurch kann die aerodynamische Wirkung des Strömungsleitelements weiter verstärkt werden. Je nach Anstellung des heißgasseitigen Abschnitts in axialer Richtung kann der Leckagestrom auf eine Geschwindigkeit in Umfangrichtung beschleunigt werden, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes ist, so dass sichergestellt ist, dass dem Leckagestrom keine Geschwindigkeit kleiner bzw. wesentlich kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit aufgeprägt wird. Gleichzeitig bewirkt die Erstreckung des zumindest einen Strömungsleitelements auf die Verlängerung eine strukturmechanische Stabilisierung der Verlängerung, so dass diese zumindest im Bereich des Strömungsleitelements querschnittsreduziert und somit gewichtsoptimiert ausgeführt werden kann. Das zumindest eine Strömungsleitelement dieses Ausführungsbeispiels wirkt somit auch als Versteifungsstruktur in Form einer Rippe. Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelements die Verlängerung zumindest abschnittsweise radial außen aufdickt, können zur radialen Spalthaltung konstruktive Änderungen notwendig sein, die den verkleinerten ursprünglichen radialen Abstand ausgleichen. Beispielsweise kann es notwendig sein, die Verlängerung zur radialen Spalthaltung radial nach innen zu versetzen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen kühlluftseitigen Abschnitt, der auf der Kühlluftseite geführt ist. Hierdurch wird der Leckagestrom bereits im Bereich der Kühlluftseite mit einem Drall beaufschlagt. Zur Beschleunigung des Leckagestrom auf eine Geschwindigkeit in Umfangrichtung, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes ist, ist das zumindest eine kühlluftseitige rippenartige Strömungsleitelement entgegengesetzt zum vorgenannten heißgasseitigen rippenartigen Strömungsleitelement in axialer Richtung anzustellen. Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelements die Verlängerung zumindest abschnittsweise radial innen aufgedickt, können zur radialen Spalthaltung konstruktive Änderungen notwendig sein.
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Insbesondere aus strukturmechanischen und aus fertigungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn der heißgasseitige Abschnitt und/oder der kühlluftseitige Abschnitt über die gesamte Länge der Verlängerung geführt ist/sind. Somit ist es möglich, die Verlängerung aufgrund der stabilisierenden Wirkung des zumindest einen Strömungsleitelements zumindest abschnittsweise dünner und somit gewichtsoptimierter auszubilden, wodurch die Rotormasse reduziert werden kann.
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Aus radialer Spalthaltungssicht ist es vorteilhaft sein, wenn der heißgasseitige und/oder der kühlluftseitige Abschnitt parallel bzw. im Wesentlichen parallel zum jeweils radial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt bzw. Bauteil verlaufen. Es wird daher bevorzugt, wenn der heißgasseitige und/oder der kühlluftseitige Abschnitt eine konstante Höhe hat/haben. Die Höhe des zumindest einen Strömungsleitelements kann jedoch auch variieren. Dann wird es jedoch, um die Trennwirkung der Blendenspalte nicht negativ zu beeinflussen, bevorzugt, wenn das zumindest eine Strömungsleitelement jenseits der Vorderkante flach ausgebildet ist.
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Die Drallbeaufschlagung bzw. aerodynamische Wirkung des Leckagestroms kann zusätzlich durch die Anzahl der Strömungsleitelemente pro Verlängerung beeinflusst werden. So sind bei einem Ausführungsbeispiel mehrere Strömungsleitelemente in Umfangsrichtung betrachtet nebeneinander an einer Verlängerung angeordnet.
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Eine bevorzugte Strömungsmaschine hat zumindest eine Laufschaufelreihe mit einer Vielzahl von den erfindungsgemäßen Laufschaufeln. Eine derartige Strömungsmaschine zeichnet sich durch einen verbesserten Wirkungsgrad gegenüber einer Strömungsmaschine mit herkömmlichen Laufschaufelreihen aus. Wesentliche konstruktive Änderungen der zu dieser Laufschaufelreihe benachbarten Bauteilen wie Leitschaufelreihen und Systemen sind nicht erforderlich. Je nach Ausbildung der Strömungsleitelemente sind lediglich geringfügige konstruktive Änderungen zur Spalthaltung bzw. zur Einstellung der Blendenspalte notwendig.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein nicht-erfindungsgemäßes fingerförmiges Strömungsleitelements einer Laufschaufel,
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2 ein ebenfalls nicht zur Erfindung gehöriges paddelartiges Strömungsleitelements,
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3 beispielhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements,
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4 ein weiteres paddelartiges Strömungsleitelement,
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5 ein nicht zur Erfindung gehöriges Strömungsleitelement mit einem heißgasseitigen Abschnitt,
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6 ein ebenfalls nicht zur Erfindung gehöriges Strömungsleitelement mit einem kühlluftseitigen Abschnitt, und
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7 ein Strömungsleitelement mit einem heißgasseitigen und einem kühlluftseitigen Abschnitt.
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1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Strömungsmaschine 1 im Bereich einer Leitschaufel 2 und einer stromabwärtigen, nicht-erfindungsgemäßen Laufschaufel 4. Die Strömungsmaschine ist bevorzugterweise ein Flugzeugtriebwerk, kann jedoch auch eine stationäre Gasturbine sein. Die Leitschaufel 2 ist fußseitig an einem nicht gezeigten Gehäuseabschnitt bzw. Leitschaufeltragring befestigt und bildet mit einer Vielzahl von weiteren Leitschaufeln 2 eine feststehende Leitschaufelreihe, die eine um eine Rotationsachse 6 rotierende Rotornabe (nicht dargestellt) umgreift. Die Laufschaufel 4 ist fußseitig, bspw. über ein Scheibenelement, mit der Rotornabe verbunden und bildet mit einer Vielzahl von weiteren Laufschaufeln 4 eine mit der Rotornabe um die Rotationsachse 6 rotierende Laufschaufelreihe. Eine Rotationsrichtung bzw. Umfangsrichtung ist durch den mit dem Bezugszeichen u bezeichneten Pfeil kenntlich gemacht.
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Die Leitschaufel 2 hat eine Plattform 8, die sich von einer Schaufelblattspitze 10 erstreckt und eine radial innere Begrenzung eines Heißgaspfades darstellt. Der Heißgaspfad wird von einer Heißgasströmung 12 axial (x-Richtung) durchströmt. In dem nicht-erfindungsgemäßen gezeigten Ausführungsbeispiel durchströmt die Heißgasströmung die Strömungsmaschine 1 von links nach rechts. Zur Stabilisierung der Plattform 8 weist diese eine Vielzahl von Stegen 14 auf, die an einer von der Schaufelblattspitze 10 abgewandten Seite angeordnet sind. Bei ausreichender Eigenstabilität der Plattform 8 können die Stege jedoch auch entfallen.
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Von der Plattform 8 erstreckt sich ein radial nach innen gerichteter Befestigungsflansch 16 zur Befestigung der Leitschaufel 2 an einem die Rotornabe umgreifenden feststehenden Verbindungsring (nicht gezeigt). Der Befestigungsflansch 16 ist von einer Hinterkante 18 der Plattform 8 beabstandet und begrenzt mit der Plattform 8 einen Ringraum 20. An dem Befestigungsflansch 16 ist ein Umfangsblech 22 angebunden, welches den Ringraum 20 in Richtung der Rotornabe begrenzt und somit den Ringraum 20 in eine radial äußere Kavität und in eine radial innere Kavität unterteilt.
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Die Laufschaufel 4 hat ein Inndeckband 24, das zwischen einem Schaufelhals 26 bzw. Schaufelschaft und einem Schaufelblatt 28 angeordnet ist und eine innere radiale Begrenzung des Heißgaspfads darstellt. Es befindet sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa auf der gleichen radialen Position wie die Plattform 8. Die Laufschaufel 4 und die Leitschaufel 2 sind in axialer Richtung derart zueinander angeordnet, dass zwischen der Hinterkante 18 der Plattform 8 und einer äußeren Stirnfläche 30 des Innendeckbandes 24 ein Ringspalt 32 gebildet ist, durch den grundsätzlich ein Gasaustauch zwischen der Heißgasströmung 12 und einer nabenseitigen Kühlluftströmung (nicht gezeigt) erfolgen kann. Zum nahezu vollständigen konstruktiven Abdichten des Ringspalts 32 in radialer Richtung (y-Richtung) weist das Innendeckband 24 eine vordere Verlängerung 34 zur Bildung einer axialen Überlappung mit der Leitschaufel 2 bzw. mit deren Plattform 8 auf. Die Verlängerung 34 erstreckt sich von der äußeren Stirnfläche 30 in Richtung der Leitschaufel 2 und hat eine derartige Länge, dass sie in den Ringraum 20 bzw. die äußere Kavität zwischen die Plattform 8 und das Umfangsblech 22 eintaucht.
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Zur Vermeidung eines Heißgaseinzugs wird durch den Ringspalt 32 ein Leckagestrom 36 der Kühlluftströmung in die Heißgasströmung 12 eingeblasen. Erfindungsgemäß ist zum Einleiten des Leckagestroms 36 mit einem Drall in die Heißgasströmung 12 bzw. zum Aufprägen der Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 auf den Leckagestrom 36 zumindest ein Strömungsleitelement 38 vorgesehen. Gleichzeitig wird durch die drallbeaufschlagte Einleitung des Leckagestroms 36 in die Heißgasströmung der Maschinenwirkungsgrad verbessert.
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In dem in 1 gezeigten nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 38 als ein fingerförmiger Vorsprung ausgebildet, der sich im Wesentlichen in axialer Richtung von einer Vorderkante 40 der vorderen Verlängerung 34 erstreckt. Der Vorsprung bzw. das Strömungsleitelement 38 ist vorzugsweise geradlinig ausgebildet, kann jedoch beispielsweise in Umfangsrichtung u auch konkav ausgebildet sein. Bei einer Vielzahl von derartigen fingerförmigen Vorsprüngen 38 weist die Vorderkante 40 eine kammartige Gestalt auf. Bevorzugterweise geht das Strömungsleitelement 38 bündig in eine Heißgasseite 42 und in eine Kühlluftseite 44 der vorderen Verlängerung 34 über. Es hat somit bei diesem Ausführungsbeispiel eine gleiche radiale Erstreckung wie die vordere Verlängerung 34, so dass sich das Strömungsleitelement 38 nicht auf einen radialen Blendenspalt zwischen der Verlängerung 34 und dem Steg 14 sowie zwischen der Verlängerung 34 und dem Umfangsblech 22 auswirkt. Je nach der axialer Erstreckung des zumindest einen Strömungsleitelements 38 über die Vorderkante 38 hinaus ist zur axialen Spalthaltung ein ursprünglicher axialer Abstand zwischen der Vorderkante 38 und dem Befestigungsflansch zu vergrößern.
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Bei einem in 2 gezeigten, ebenfalls nicht zur Erfindung gehörigem Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 38 als ein vorderkantenseitiger Vorsprung ausgebildet, der in radialer Richtung über die Heißgasseite 42 und über die Kühlluftseite 44 hinausgeführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 eine paddelartige und insbesondere eine halbmondartige Gestalt. Insbesondere hat das Strömungsleitelement 38 ebene Außenflächen. Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement 38 in axialer Richtung x und in radialer Richtung y nicht angestellt (axialer Anstellwinkel und radialer Anstellwinkel = 0°). Es kann jedoch auch in axialer Richtung x und/oder in radialer Richtung y angestellt sein (axialer Anstellwinkel und/oder radialer Anstellwinkel ≠ 0°).
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Aufgrund der radialen Verlängerung des Strömungsleitelements 38 über die Heißgasseite 42 und die Kühlluftseite 44 hinaus hat das zumindest eine Strömungsleitelement 38 nach 2 eine gegenüber dem vorhergehenden fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach 1 vergrößerte Wirkfläche zur Drallbeaufschlagung des Leckagestroms 36. Zur radialen Spalthaltung bzw. um ein Auflaufen des Strömungsleitelements 38 auf den Steg 14 und das Umfangsblech 22 aufgrund von Wärmeausdehnungen zu verhindern, kann es notwendig sein, die Verlängerung 34 und das Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach 1 radial nach innen zu versetzen (nicht gezeigt). Da sich das zumindest eine Strömungsleitelement 38 auch in Richtung des Umfangsbleches 22 erstreckt, ist dann das Umfangsblech 22 bei axialsymmetrischer Ausbildung des Strömungsleitelements 38 im Vergleich zur Verlängerung 34 um den zweifachen Weg radial nach innen zu versetzen.
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In 3 sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele des Strömungsleitelements 38 skizziert. Diese haben im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 zusätzlich eine rippenartige Erstreckung in Richtung eines Schaufelhalses 26 bzw. einer radial äußeren Stirnfläche 30 sowie einer radial inneren Stirnfläche 46 des Schaufelhalses 26. Insofern haben diese Strömungsleitelemente 38 einen in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 hinausragenden Kopfabschnitt 48 und einen sich von dem Kopfabschnitt in Richtung des Schaufelhalses 26 erstreckenden heißgasseitigen Abschnitt 50 und/oder einen kaltgasseitigen Abschnitt 52. Die Abschnitte 50, 52 können sich wie durch die gestrichelten Linien angedeutet nur über einen Längenbereich der Verlängerung 34 erstrecken oder in die Stirnflächen 30, 46 übergehen.
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Wenn die Abschnitte 50, 52 nur über einen Längenbereich der Verlängerung 34 geführt sind, wird es aus strukturmechanischen Gründen bevorzugt, wenn diese stufenlos, bspw. rampenartig, in die Heißgasseite 42 bzw. Kühlluftseite 44 übergehen. Wenn sich die Abschnitte 50, 52 bis zum Schaufelhals 26 erstrecken wird es bevorzugt, wenn diese eine konstante Höhe bzw. Erstreckung in radialer Richtung haben. Durch die Abschnitte 50, 52 wird die Wirkfläche des zumindest einen Strömungsleitelements 38 im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 weiter vergrößert, was sich positiv auf die Drallbeaufschlagung des Leckagestroms 36 auswirkt. Zudem ist das Strömungsleitelement 38 durch das Umgreifen der Vorderkante 40 im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 stabilisiert.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Strömungsleitelements 38 mit einem heißgasseitigen Abschnitt 50 und mit einem kühlluftseitigen Abschnitt 52 gezeigt, die sich lediglich über einen Längenbereich einer Verlängerung 34 erstrecken. Das Strömungsleitelement 38 umgreift eine Vorderkante 34 U-förmig und geht stufenlos in eine Heißgasseite 42 und in eine Kühlluftseite 44 über. Beispielsweise ist das Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht eine ebene Kreisscheibe, die im Bereich der Heißgasseite 42 und der Kühlluftseite 44 durch die Verlängerung 34 unterbrochen ist. Somit hat dieses paddelartige Strömungsleitelement 38 eine vollmondartige Gestalt mit einem Kopfabschnitt 48 und mit zwei quasi Auslaufabschnitten 50, 52. Aufgrund der Verlängerung des Strömungsleitelements 38 auf die Heißgasseite 42 und auf die Kühlluftseite 44 hat dieses Ausführungsbeispiel bei gleicher Erstreckung in radialer Richtung eine größere Wirkfläche als das Ausführungsbeispiel nach 2.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Strömungsleitelement 38 in axialer Richtung x und in radialer Richtung y nicht angestellt. Es kann jedoch auch in radialer Richtung y angestellt bzw. positiv oder negativ geneigt sein. Zur radialen Spalthaltung können die Verlängerung 34 und ein Umfangsblech 22 analog zum Ausführungsbeispiel nach 2 radial nach innen versetzt.
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In 5 ist ein nicht-erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines rippenartiges Strömungsleitelements 38 gezeigt, das sich in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 einer Verlängerung 34 hinaus erstreckt, wobei es mit seinem Kopfabschnitt 48 bündig mit einer Kühlluftseite 44 abschließt und mit seinem heißgasseitigen Abschnitt 50 bis zur äußeren Stirnfläche 30 geführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht eine L-förmige Gestalt.
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Der heißgasseitige Abschnitt 50 hat bevorzugterweise eine längliche geradlinige Gestalt mit einer konstanten Höhe. Er ist auf einer Heißgasseite 42 der Verlängerung 34 in axialer Richtung x angestellt. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x bevorzugterweise nicht angestellt.
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Die Schrägstellung des heißgasseitigen Abschnitts 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung u betrachtet der heißgasseitige Abschnitte 50 vor dem Kopfabschnitt 48 angeordnet ist. Der heißgasseitige Abschnitt 50 tritt somit ausgehend vom Kopfabschnitt 48 aus der Zeichnungsebene aus. Durch die Schrägstellung wird der Leckagestrom 36 beim Austreten aus der äußeren Kavität auf eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung u beschleunigt, die gleich bzw. geringfügig größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 ist.
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Zur radialen Spalthaltung bzw. um ein Auflaufen des Strömungsleitelements 38 auf den Steg 14 und das Umfangsblech 22 aufgrund von Wärmeausdehnungen zu verhindern, können, sofern notwendig, die Verlängerung 34 und ein Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach 1 radial nach innen versetzt sein (nicht gezeigt). Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelement 38 vorderkantenseitig und heißgasseitig angeordnet ist und somit ein ursprünglicher radialer Abstand zwischen der Verlängerung 34 und dem Umfangsblech 22 nicht verkleinert wird, kann dann das Umfangsblech 22 um den gleichen radialen Weg wie die Verlängerung 34 radial nach innen versetzt werden.
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In 6 ist ein ebenfalls nicht-erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines rippenartiges Strömungsleitelements 38 gezeigt, dass sich in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 einer Verlängerung 34 hinaus erstreckt, wobei es mit seinem Kopfabschnitt 48 bündig mit einer Heißgasseite 42 abschließt und mit seinem kühlluftseitigen Abschnitt 52 bis zur inneren Stirnfläche 46 geführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht ebenfalls eine L-förmige Gestalt.
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Der kühlluftseitige Abschnitt 52 hat bevorzugterweise eine konstante Höhe und ist geradlinig ausgebildet. Er ist auf einer Heißgasseite 44 der Verlängerung 34 in axialer Richtung x angestellt. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x bevorzugterweise nicht angestellt.
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Zur Beschleunigung des Leckagestroms 36 auf eine Geschwindigkeit, die in etwa bzw. geringfügig größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 ist, ist die Schrägstellung des kühlluftseitige Abschnitts 52 bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung betrachtet der kühlluftseitige Abschnitt 52 hinter dem Kopfabschnitt 48 angeordnet ist. Der kühlluftseitige Abschnitt 52 tritt also ausgehend vom Kopfabschnitt 48 in die Zeichnungsebene ein.
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Zur radialen Spalthaltung kann, sofern notwendig, ein Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach 1 radial nach innen versetzt sein (nicht gezeigt). Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelement 38 vorderkantenseitig und kühlluftseitig angeordnet ist und somit ein ursprünglicher radialer Abstand zwischen der Verlängerung 34 und dem Steg 14 nicht verkleinert wird, muss die Verlängerung 34 dabei radial nicht nach innen versetzt werden.
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In 7 ist eine Draufsicht auf einen abgewickelten Umfangsabschnitt einer Laufschaufelreihe im Bereich einer vorderen Verlängerung 34 gezeigt, die mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements 38 versehen ist. Gemäß der Darstellung in 3 umgreift das Strömungsleitelement 38 mit seinem Kopfabschnitt 48 beidseits eine Vorderkante 40 der Verlängerung 34 und ist mit einem heißgasseitigen Abschnitt 50 und mit einem kühlluftseitigen Abschnitt 52 bis zur äußeren und inneren Stirnfläche 30, 46 geführt. Die Abschnitte 50, 52 haben vorzugsweise eine einheitliche konstante Höhe und sind geradlinig ausgebildet. Sie sind in axialer Richtung x schräg angestellt und insbesondere derart zueinander orientiert, dass sie sich diagonal entgegengesetzt vom Kopfabschnitt 48 in Richtung der Stirnflächen 30, 46 erstrecken. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x vorzugsweise nicht angestellt.
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Die Schrägstellung der Abschnitte 50, 52 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung u betrachtet der heißgasseitige Abschnitt 50 vor dem kühlluftseitigen Abschnitt 52 angeordnet ist. Der heißgasseitige Abschnitt 50 tritt somit ausgehend vom Kopfabschnitt 48 aus der Zeichnungsebene und der kühlluftseitige Abschnitt 52 tritt ausgehend vom Kopfabschnitt 48 in die Zeichnungsebene ein. Somit hat dieses Strömungsleitelement 38 in der Seitenansicht eine rippenartige und insbesondere V-förmige Gestalt mit zwei gegeneinander verschwenkten Gabelabschnitten 50, 52.
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Offenbart sind eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, mit einem Inndeckband, die eine vordere Verlängerung zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel aufweist und an der zumindest ein Strömungsleitelement zum Umlenken eines Leckagestroms einer Kühlluftströmung in Umfangsrichtung angeordnet ist, wobei das zumindest eine Strömungsleitelement über eine Vorderkante der Verlängerung hinausgeführt ist, sowie eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von derartigen Laufschaufeln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strömungsmaschine
- 2
- Leitschaufel
- 4
- Laufschaufel
- 6
- Rotationsachse
- 8
- Plattform
- 10
- Schaufelblattspitze
- 12
- Heißgasströmung
- 14
- Steg
- 16
- Befestigungsflansch
- 18
- Hinterkante
- 20
- Ringraum
- 22
- Umfangsblech
- 24
- Innendeckband
- 26
- Schaufelhals
- 28
- Schaufelblatt
- 30
- äußere Stirnfläche
- 32
- Ringspalt
- 34
- vordere Verlängerung
- 36
- Leckagestrom
- 38
- Strömungsleitelement
- 40
- Vorderkante
- 42
- Heißgasseite
- 44
- Kühlluftseite
- 46
- innere Stirnfläche
- 48
- Kopfabschnitt
- 50
- heißgasseitiger Abschnitt
- 52
- kühlluftseitiger Abschnitt
- x
- axiale Richtung
- y
- radiale Richtung
- u
- Umfangsrichtung bzw. Rotationsrichtung
